JPWO2014006877A1 - インクジェット装置および有機elデバイスの製造方法 - Google Patents

インクジェット装置および有機elデバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

インクジェット装置1000は、インクジェットヘッド301が有するインク収容部301eが収容するインク40に圧力印加部3010により圧力を印加して、インク収容部301eに収容するインク40に予備振動波を与える予備駆動動作と、インク40に本振動波を与えてインク40をノズル3031から吐出する本駆動動作とを実行し、予備振動波と本振動波とを干渉させるために、本駆動動作の実行開始の時点は、予備振動波の変位の向きがノズル3031の内側に向かう期間内とされる。

Description

本発明は、インクジェット装置、並びにインクジェット装置を用いて有機EL(Electro Luminescence)デバイスを製造する方法に関する。
インクジェット装置においては、インクを吐出させるための各種の駆動方式が提案されており、ポンプ方式、ピエゾ方式およびサーマル方式などが知られている。例えば、ピエゾ方式は、インクを吐出させるための電圧信号(所謂、駆動電圧信号)を圧電素子に印加することにより、インク収容部の膨張・収縮を介してインク収容部内のインクに圧力を印加してノズルからインク液滴を吐出させる。
近年、インクジェット装置を用いた塗布技術は、例えば有機ELデバイスなどのデバイス製造への適用が期待されており、デバイスの高精細化に対応すべく、インク液滴の着弾精度の向上が求められている。
この着弾精度の向上を阻害する要因として、所謂サテライトミストの発生が問題とされている。これは、吐出させるインク液滴の飛行方向を前方とした場合に、後方側にインク液滴が尾を引き、その尾が伸長する過程において微小液滴として分散飛散するものであって、規定の着弾位置から外れた領域に着弾する要因となる。
インク液滴を吐出させるために印加する圧力の大きさを増加させると、インク液滴の尾は長くなる傾向を示し、インク液滴の尾が長くなると、その尾の伸長過程において分散飛散してサテライトミストが発生しやすくなる。そこで、インク液滴を吐出させるための駆動電圧信号の大きさを、できる限り低く抑える方法が検討されている(特許文献1)。
特開2005−205317号公報
しかしながら一方で、インク液滴の尾がノズルから或いはノズル内のインク界面から離脱する際の吐出速度などを調整するために、インク液滴を吐出させるために印加する圧力は、その大きさを一定の範囲に設定する必要がある。
そのため、インク液滴の尾の長さを短くする目的に特化して、インク液滴を吐出させるために印加する圧力の大きさを小さくすることは困難である現状である。
この現状を受けて、インク液滴を吐出させるために印加する圧力を小さくするという方法ではなく、新たな方法によって、インク液滴の尾の長さを短くすることが求められている。
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであって、インク吐出のための印加圧力の設定について高い自由度を維持しながら、サテライトミストの発生を抑制することを可能とするインクジェット装置および有機ELデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るインクジェット装置は、インクを収容するインク収容部、前記インク収容部内のインクに圧力を印加する圧力印加部、および前記インク収容部内のインクをインク液滴として吐出させるためのノズルを有してなるインクジェットヘッドと、前記圧力印加部が印加する圧力を制御する吐出制御部と、を備え、前記圧力印加部の圧力印加により、前記ノズルから前記インクが吐出しない範囲で、前記吐出方向を振幅方向とする予備振動波を前記インクに与える予備駆動動作と、前記予備駆動動作を行った後に、前記ノズルから前記インクが吐出する範囲で、前記吐出方向を振幅方向とする本振動波を前記インクに与える本駆動動作と、を実行し、前記本駆動動作の実行開始の時点は、前記予備振動波の変位の向きが前記ノズルの内側に向かう期間内とされる。
本発明の一態様では、予備駆動動作を行うことにより、ノズルのインク界面に対して予備振動波に伴う予備振動を生じさせる。そして、本駆動動作の実行開始の時点は、予備振動波の変位の向きがノズルの内側に向かう期間内に設定されているので、予備振動が減衰して変位がゼロになる前に本駆動動作を行うこととなる。これにより、ノズルのインク界面において、予備振動波に伴う予備振動と本振動波に伴う本振動とを干渉させることができる。
つまり、本駆動動作により与えられる本振動波は、インク液滴の吐出方向であるノズルの外側に向かって変位する押し波であり、一方、予備振動波は引き波である。
この押し波である本振動波と、引き波の予備振動波とを干渉させることによって、インク液滴に生じる尾の長さを短くして、サテライトミストの発生を抑制することが可能となる。
従って、本発明の一態様に係るインクジェット装置によれば、インク吐出のための印加圧力の設定については高い自由度を維持しながら、インク液滴に生じる尾の長さを短くして、サテライトミストの発生を良好に抑制することを可能とする。
本発明の実施形態に係るインクジェット装置の主要構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット装置のインクジェットヘッドの概略構成を模式的に示す図であって、(a)はインクジェットヘッドの概略構成を示す一部切欠き斜視図であり、(b)はインクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。 (a)は、本発明の実施形態に係るインクジェット装置における駆動電圧信号の波形を例示的に示すものであり、(b),(c)は、(a)に示す駆動電圧信号を与えた場合における、インク界面の振動挙動を模式的に示す図である。 (a)は、従来のインクジェット装置における駆動電圧信号の波形を例示的に示すものであり、(b),(c)は、(a)に示す駆動電圧信号を与えた場合における、インク界面の振動挙動を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット装置における駆動電圧信号の波形構成および形状を示す図である。 本発明の実施形態に係る駆動電圧信号を用いた検証実験における、インク液滴の吐出挙動を現場観察した結果を示す図である。 従来の駆動電圧信号を用いた検証実験における、インク液滴の吐出挙動を現場観察した結果を示す図である。 駆動電圧信号を構成する本振動波形部のパルス幅とインク液滴の尾滴の長さとの相関を示す図である。 (a)は、インク液滴の吐出を開始した後におけるインク液滴の先端位置の時間変化を示す図であり、(b)は、インク液滴の先端位置の時間変化に伴うインク液滴の速度変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る製造方法によって製造する有機ELデバイスの構成を示す部分断面図である。 図11に示す有機ELデバイスである有機EL表示パネルの隔壁層の形状を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る有機ELデバイスの製造方法の製造過程の一部を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る有機ELデバイスの製造方法の製造過程の一部を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る有機ELデバイスの製造方法の塗布工程における塗布対象基板とインクジェットヘッドの位置関係を示す図である。
<本発明に到る経緯>
<サテライトミスト>
インクジェット装置を用いた塗布技術において、有機ELデバイスなどの高精細なデバイス製造へ適用するには、インク液滴の着弾精度の向上を図る必要がある。しかし、この着弾精度を阻害する事由として、サテライトミストに係る着弾不良の問題がある。具体的には、例えば有機ELデバイスたる表示パネルにおいては、その製造過程でサテライトミストが発生すると、規定位置から外れた位置に微小なインク液滴が多数着弾して表示欠陥を招来する要因となる。
<サテライトミストを抑制する従来技術>
そこで、本発明者等は、ピエゾ方式をはじめとするインクジェット装置について、サテライトミストの発生を抑制する技術的手段につき鋭意検討した。
サテライトミストは、球形状の主滴の後方側に尻尾状の液柱(以下、尾滴とも記す)が生じて、その液柱が分裂飛散した多数の微小液滴である。ここで、尾滴の長さは、分裂しない限り、駆動電圧信号の大きさの増加に伴い増加する傾向を示し、一定の大きさの駆動電圧信号に対しては、一定の長さの尾滴が生じる。
ただし、インクの粘度も尾滴の形成に影響し、インクの粘度が小さいほど、尾滴の尾が伸長する途上において分裂飛散しやすい。
従って、インク物性の観点からは、粘度がより大きいインクを選択することで、サテライトミストの発生を抑制できる。また、駆動電圧信号の大きさの観点からは、より小さい値に設定することで、サテライトミストの発生を抑制できる。
<従来技術の問題>
しかしながら、インク液滴を着弾させて形成する膜には、製造するデバイスに応じた機能が設定されており、その機能に応じたインク物性を有するインクを選択する必要がある。また、粘度などのインク物性に応じて形成する膜の形状は変化しやすいため、形成しようとする膜の形状に応じたインク物性を選択する必要がある。そのため、実際には、選択できるインク物性の範囲は限定されており、サテライトミストの発生を抑制するためにインク物性を自由に設定できるわけではない。
また、上述のとおり、駆動電圧信号の大きさは、インク液滴の吐出速度などを調整するために一定の範囲に設定する必要がある。この吐出速度に関して詳細に述べれば、設定する駆動電圧信号の大きさを減少させた場合、吐出速度が低速になるため、吐出させたインク液滴が気流の影響などにより揺らぎやすくなり、新たな着弾不良の問題を招来する。そのため、実際に使用できる駆動電圧信号の範囲も限定されており、サテライトミストの発生を抑制するために駆動信号の大きさを自由に設定できるわけではない。
<サテライトミスト抑制の新たな手法の検討視点>
そこで、インク物性および駆動電圧信号の大きさによってサテライトミストの発生を抑制するのではなく、別の方法でサテライトミストの発生を抑制することを目指して更に検討した。
まず、インク液滴の吐出挙動に着目した。
インク液滴の吐出挙動は、初速度をもった主滴が、尾滴を後方側に生じさせながらインク界面から離脱を開始し、尾滴を伸長させながら速度を十分に減衰させて、平衡速度たる吐出速度をもって、ノズルから或いはノズル内のインク界面から離脱することにより吐出される、というものである。
主滴の速度が減衰する要因としては、空気抵抗および尾滴を介したインク界面からの引っ張り力が考えられる。空気抵抗としては、速度に係るものと、表面積に係るものが考えられる。
<本発明の態様に至る知見並びに具現化技術>
そこで、発明者等は、先ず、空気抵抗に着目してインク液滴の尾滴の長さを短くすることが可能であるかを検討した。
その結果、インク液滴の初速度を低速にすれば、速度の低下による空気抵抗の減少作用はあるものの、表面積の増加による空気抵抗の増加作用の方が大きく寄与することによって、インク液滴の速度が平衡速度たる吐出速度に達する時間を短縮することが可能になるという知見を得た。
この知見に従えば、インク液滴の初速度が低速になり、かつ、インク液滴の速度が吐出速度に達する時間も短縮される。そして、インク液滴の尾滴について言えば、尾滴の伸長の速度が低速になり、かつ、尾滴が伸長している時間が短縮される。
また、上記知見に従えば、インク液滴の速度が平衡速度たる吐出速度に達する時間が短縮、即ち、吐出開始から尾滴が切れるまでの時間が短縮される。
これにより、尾滴を介したインク界面からの引っ張り力を受ける時間が短縮されて、尾滴が短くなり、また速度が過度に減衰することも抑制できると判断した。
つまり、駆動電圧信号の大きさは従来と同一にしながら、インク液滴を吐出させる初速度を低速にできれば、インク液滴の主滴の表面積を大きくして、尾滴を介したインク界面からの引っ張り力と、主滴の落下力とが均衡する時間を短縮できると判断した。そして、吐出開始から尾滴が切れるまでの時間も短縮され、インク液滴の速度減衰も抑えられると判断した。
これらの知見、判断に基づき、インク液滴の尾滴の長さを短くする所期目的を具現化するための一手段として、インク液滴を吐出させるための本振動波をインク界面に印加する前に、予め、インク界面に予備振動波を印加して振動させておき、この振動に伴う変位がノズルの内側に向かう期間内、つまり、その変位速度が吐出速度と反対の向きにある期間内に本振動波の印加を開始する方法を採用した。
そして、後述する検証実験を行った結果、実際にインク液滴の尾滴の長さを短くすることが可能となり(図7,8)、従来のインク液滴の吐出速度と同程度の速度を維持しながら、初速度を低速にすることが可能となる(図10)ことが確認された。
[本発明の一態様の概要]
<本発明の一態様に係るインクジェット装置の中心構成>
本発明の一態様に係るインクジェット装置は、インクを収容するインク収容部、前記インク収容部内のインクに圧力を印加する圧力印加部、および前記インク収容部内のインクをインク液滴として吐出させるためのノズルを有してなるインクジェットヘッドと、前記圧力印加部が印加する圧力を制御する吐出制御部と、を備え、前記圧力印加部の圧力印加により、前記ノズルから前記インクが吐出しない範囲で、前記吐出方向を振幅方向とする予備振動波を前記インクに与える予備駆動動作と、前記予備駆動動作を行った後に、前記ノズルから前記インクが吐出する範囲で、前記吐出方向を振幅方向とする本振動波を前記インクに与える本駆動動作と、を実行し、前記本駆動動作の実行開始の時点は、前記予備振動波の変位の向きが前記ノズルの内側に向かう期間内とされる。
なお、本願において、「予備振動波の変位の向きがノズルの内側に向かう期間内」の「期間内」とは、その期間の始期および終期の時点を含む。
なぜなら、これら始期および終期の時点において、厳密に予備振動波の変位がゼロとなるように設定することは現実的に困難であり、始期および終期の時点で予備振動波がノズルの内側に向かって変位していることもあり得るからである。
上記(本実施形態に至った経緯)で説明したように、本発明の一態様に係るインクジェット装置は、インク液滴を吐出させるための本振動波をインク界面に印加する本駆動動作を行う前に、予め、予備駆動動作を行うことによりインク界面に予備振動波を印加して振動させることにより、本振動波と予備振動波とを干渉させる構成を採用する。
ここで、本駆動動作の実行開始の時点は、予備振動波の変位速度が吐出速度と反対の向きにある期間内に設定されているので、本駆動動作を行うことにより吐出されるインク液滴の初速度を低速にして、インク液滴の主滴の表面積を増加させることが可能となる。その結果、インク液の尾滴の長さを短くして、尾滴が分裂する前に、主滴に吸収させることが可能となる。
以上の構成を採用することにより、本態様に係るインクジェット装置は、インク吐出のための印加圧力の設定について高い自由度を維持しながら、インク液滴の尾滴の長さを短くして、サテライトミストの発生を良好に抑制することを可能とする。
なお、本願において「予備振動波」とは、予備駆動動作を行うことにより印加する予備振動波を指すのみならず、さらに、その振幅を大きくするために共振させた後の振動波をも指すものとする。また、本願において「吐出速度」とは、インク界面から吐出されるインク液滴の速度が減衰して平衡速度に達した時点の速度をいうものとし、インク界面から吐出されるインク液滴の初速度とは区別される。また、「平衡速度」は、空気抵抗を考慮した自由落下運動のモデルでいう終端速度のように、落下開始から時間を無限大にした場合の収束速度といった厳密な意味を指すのではなく、インク液滴の尾滴がノズル或いはノズル内のインク界面から離脱する時点において減速速度は小さいものとなっており、この時点の速度をいうものとする。
また、上記(本実施形態に至った経緯)で説明したように、本構成を採用すれば、インク液滴の速度が過度に減衰することを抑制することが可能となる。そのため、同一の駆動電圧信号の大きさを与えた場合でも、従来のインク液滴に比して、吐出速度を同程度に維持して、初速度を低速にすることが可能となる。一方で、従来においては、インク液滴の尾滴の長さを短くすべく、インク液滴を吐出させるための駆動電圧信号の大きさを減少させた場合、インク液滴の初速度とともに吐出速度も低速になることに問題があったといえる。つまり、従来技術では、初速度の低減を実現しようとすると、吐出速度も低速となる点が問題であった。
そこで、本実施形態においては、予備駆動動作により印加する予備振動波の振幅の大きさ、予備振動波の変位がどの位置にある状態で本振動波の印加を開始するかなどの予備振動波に係る条件を調整することとした。
それによって、用いるインクのインク物性などに応じて、吐出させるインク液滴の初速度および表面積を調整すると共に、最適な吐出速度を実現できるようにした。
<予備振動波を共振させる構成>
また、本発明の一態様に係るインクジェット装置の特定の局面では、前記本駆動動作は、前記予備駆動動作を行った後にさらに、前記予備振動波を共振させるための共振振動波を与えた共振状態で行う。
本振動波は、インク界面からインク液滴を吐出させるために印加されるものであるため、その振幅は比較的大きなものとなる。そのため、本振動波と干渉させて、吐出させるインク液滴の初速度を良好に低速化させるためには、予備振動波の振幅も相応の大きさにする必要がある。
そこで、本態様では、効率よく予備振動波の振幅の大きさを確保するために、予備駆動動作を行うことにより予備振動波をインク界面に印加した後、さらに、当該予備振動波を共振させるための共振振動波(以下、予備共振振動波ともいう)を与えた共振状態にて、本駆動動作を実行するものとする。その結果、効率よく、初速度が良好に低速化されたインク液滴を吐出させることが可能となる。
<ピエゾ方式を採用した圧力印加部とする構成>
(主構成について)
また、本発明の一態様に係るインクジェット装置の特定の局面では、前記圧力印加部は、圧電素子を含み、前記吐出制御部は、前記圧電素子に印加する電圧信号を制御することにより、前記圧力印加部が印加する圧力を制御し、前記電圧信号の波形は、前記予備駆動動作を実行するための予備振動波形部と、前記本駆動動作を実行するための本振動波形部とを含む構成とし、前記本振動波形部は、前記共振振動波を与えるために電圧が変化する第1期間と、前記本振動波を与えるために電圧が変化する第2期間とを含む構成とし、前記第1期間と前記第2期間との時間間隔Xは、ヘルムホルツ共振が起こる時間Tを用いて、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値となるように設定されている。
ピエゾ方式は、圧電素子に印加する電圧によって圧電素子の変形量そのものを制御する方式であり、インク吐出量や液滴体積を比較的精密に制御できる。そのため、特に、インク液滴の吐出について高精細化が要求される技術分野への適用が期待される。しかしながら、ピエゾ方式では、インク収容部が微細管で構成されるため、インクの吐出挙動を制御することが困難な面を有する。そのため、サテライトミストの発生による着弾不良が特に問題とされる。
そこで、本発明の一態様では、圧力印加部は圧電素子を含むものとし、圧電素子への印加電圧を制御する吐出制御部をインクジェットヘッドに接続して、圧電素子に電圧信号を印加することによりインクの吐出を制御するピエゾ方式を採用する。そして、電圧信号の波形は、予備駆動動作を実行するための予備振動波形部と、本駆動動作を実行するための本振動波形部とを含む構成とする。ここで、本振動波形部は、予備共振振動波を与えるために電圧が変化する第1期間と、本振動波を与えるために電圧が変化する第2期間とを含む構成とする。具体的には、予備共振振動波は引き波を与え、電圧を規定の電圧基準値(例えば、ゼロ)から一定値だけ減少させる期間が第1期間となり、本振動波は押し波を与え、電圧を第1期間で減少させた電圧値から一定値だけ増加させる期間が第2期間となる。
さらに、本振動波形部における第1期間と第2期間との時間間隔Xは、ヘルムホルツ共振が起こる時間Tを用いて、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値となるように設定されている。
第1期間に予備共振振動波を印加することによりインク界面の振動を共振させるが、共振させるために、第1期間の始期におけるインク界面の位置は、静止状態での位置に相当する変位がゼロとなる位置にある。第1期間の時間間隔は、無視できる程度に短いといえるため、第1期間の終期におけるインク界面の位置も変位がゼロとなる位置にある

とみなせる。そして、第1期間の終了に伴い、共振した予備振動波は、引き波として変位ゼロからノズルの内側に向かって変位する。当該引き波である予備振動波は、ヘルムホルツ共振が起こる時間Tを用いれば、第1期間の終了時点の時間tをゼロとした場合、0≦t≦0.5Tの範囲においては引き波としての性質を示す。そして、その後、0.5T≦t≦1.5Tの範囲においては押し波としての性質を示し、1.5T≦t≦2.5Tの範囲において引き波の性質を示す。つまり、0<t、かつ、−0.5T+2nT≦t≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲においては引き波の性質を示すことになる。
従って、上記のように本振動波形部における第1期間と第2期間との時間間隔Xを、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲で0より大きい値となるよう設定することによって、本駆動動作を行うことにより吐出されるインク液滴の初速度を低速にして、インク液滴の主滴の表面積を増加することが可能となる。これにより、インク液滴の尾滴を短くして、尾滴が分裂する前に、主滴に吸収させることが可能となる。
本態様において、次のような構成を採用することがより好適である。
圧力印加部からの印加圧力に応答してインク界面が振動するまでの時間は有限であり、また、予備共振振動波にて共振させた予備振動波は、時間の経過により減衰する。そのため、これら応答時間や振動の減衰の観点から、吐出させるインク液滴の初速度をより良好に低速化させるために、Xを1.5T≦X≦2.5Tの範囲になるように設定することが望ましい。
また、予備振動波のノズルの内側に向かう変位速度は、変位がゼロに相当する位置で最大となる。そのため、変位速度の観点から、吐出させるインク液滴の初速度をより良好に低速化させるために、Xを2mT(m:0を含まない自然数)となるように設定することが望ましく、さらには、Xを2Tとなるように設定することが望ましい。
なお、本態様では、駆動電圧信号の波形について、引き打ちの構成を念頭においている。具体的には、予備振動波形部は、規定の電圧基準値(例えば、ゼロ)から電圧を一定値だけ減少させる期間、電圧値を保持させる期間、および電圧を一定値だけ増加させて予備駆動動作を実行する期間が同順で連続する矩形パルスとする。また、本振動波形部は、規定の電圧基準値から電圧を一定値だけ減少させて予備共振振動波を与える期間、電圧値を保持させる期間、および電圧を一定値だけ増加させて本駆動動作を実行する期間が同順で連続する矩形パルスとする。
一方、例えば、押し打ちの構成とする場合には、予備振動波形部は、規定の電圧基準値から電圧を一定値だけ増加させる期間、電圧値を保持させる期間、および電圧を一定値だけ減少させて予備駆動動作を実行する期間が同順で連続する矩形パルスとすればよい。また、本振動波形部は、規定の電圧基準値から電圧を一定値だけ増加させて本駆動動作を実行する期間、電圧値を保持させる期間、および電圧を一定値だけ減少させる期間が同順で連続する矩形パルスとすればよい。この場合も、予備振動波形部と本振動波形部との間の時間間隔Yを、本態様と同様に、−0.5T+2nT≦Y≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値となるように設定すればよい。異なる点は、予備共振振動波を用いて予備振動波を共振させない点だけである。
(予備駆動動作に係る電圧変位量について)
また、本発明の一態様に係るインクジェット装置の特定の局面では、前記予備駆動動作にて前記インクに前記予備振動波を与えるために前記圧電素子に印加する電圧信号における電圧の変位量Aは、前記本駆動動作にて前記インクに前記本振動波を与えるために前記圧電素子に印加する電圧信号における電圧の変位量Bに対する比率が、0%<A/B≦20%となるように設定されている。
本振動波と予備振動波とを良好に干渉させるためには、予備駆動動作において圧電素子に印加する電圧の変位量Aと本駆動動作において圧電素子に印加する電圧の変位量Bとの相対値A/Bを制御することが望ましい。ここで、A/Bが増加するほど、予備振動波の振幅が大きくなると共に変位速度が増加するので、A/Bの値は、インク液滴がノズルから吐出されない範囲内でできるだけ大きいことが望ましい。
しかし本態様では、予備駆動動作を行うことによって生成する予備振動波は、予備共振振動波として共振させるものであるため、この予備振動波を良好に共振させる観点から、A/Bには上限値を設定する必要がある。
インク界面は、静止状態において、インク界面へのインク圧力とインク界面の表面張力が平衡状態となるようにメニスカス形状となる。そして、インク界面に圧力が印加されると、インク界面は振動するとともに、単位変位量当たりのメニスカス形状への復元力がバネ定数のように作用すると考えられる。そのため、ある大きさの振幅を越えて印加圧力の大きさを増加させると、メニスカス形状へと復元し難くなり、効率よく共振させることが阻害されることが懸念される。
そこで、本態様では、A/Bの上限値は20%とする。その結果、予備駆動動作を行い良好に振動する予備振動波をインク界面に印加して、予備共振振動波と良好に共振させることが可能となる。
(インク液滴の初期速度について)
また、本発明の一態様に係るインクジェット装置の特定の局面では、前記本駆動動作を行うことにより前記ノズルから前記インクが吐出される速度につき、当該ノズルの先端を前記インクが通過する時点の速度を初期速度V0と定義した場合において、前記初期速度V0は、前記予備駆動動作を実行しない以外は同一条件で前記本駆動動作を実行した場合の初期速度V’0に比して、50%≦V0/V’0<100%となるように設定されている。
吐出されるインク液滴は、本振動波の印加により、ある初速度をもってインク界面から離脱し始める。ここで、外部観察が可能であるノズルの先端を基準として、ノズルの先端を通過する時点の速度を初期速度と定義すると、初期速度をもったインク液滴は、尾滴を伸長させながら、空気抵抗などの効果を受けて速度を減衰させて吐出速度へと至り、吐出される。ここで、吐出速度については、上記のように良好な着弾精度を図る上で最適な範囲があり、この範囲に収めるように初期速度を制御することが、より良好な着弾精度を実現するうえで有益である。
具体的には、吐出させるインク液滴の初期速度を低速化させることにより、インク液滴の主滴の表面積が増加するため、初期速度の大きさに応じて、インク液滴が受ける空気抵抗は、インク液滴の速度に係る要素とインク液滴の表面積に係る要素を変数として変化すると考えられる。そのため、初期速度を制御することにより、吐出速度を調整することが可能であるといえる。
ここで、初期速度ついて、どの程度の大きさだけ低速にするかは、予備駆動動作を実行せずに本駆動動作を実行した場合に発生するサテライトミストの状況に応じて、言い換えれば、その初期速度(以下、基準初期速度ともいう)に応じて相対的に設定するのが有益である。
基準初期速度に対する初期速度の割合が減少すれば、初期速度の低速化が促進されるため、サテライトの発生をより良好に抑制することができる。ここで、低速化の割合が比較的小さい場合には、インク液滴の速度の低下に伴う空気抵抗の減少の効果と、インク液滴の表面積の増加に伴う空気抵抗の増加の効果が比較的均衡した状態となり、基準初期速度に係る吐出速度と同程度のものとなるといえる。ただし、過度に低速化すると、基準初期速度に係る吐出速度よりも、この過度に低速した吐出速度に収束しやすくなり、最適な吐出速度の範囲に収束させることが困難となる
そこで、本態様では、本発明の一態様に係るインクジェット装置にて吐出させるインク液滴の初期速度V0が、前記予備駆動動作を実行しない以外は同一条件で前記本駆動動作を実行した場合の初期速度V’0に比して、50%≦V0/V’0<100%となるように設定されている。V0/V’0<100%とすることにより、初期速度の低速化が図られる。他方、50%≦V0/V’0とすることにより、初期速度の低速化を図りながら、最適な吐出速度の下限値を下回ることなく、最適な吐出速度の範囲に収めることが可能となる。
なお、最適な吐出速度の範囲としては、吐出速度に収束した時点におけるインク液滴の体積にもよるが、通常、3m/s以上6m/s以下の範囲が目標値とされている。この目標値を前提とすれば、その数値範囲に対応して、初期速度V’0は、9m/s以上18m/s以下の範囲にあるといえるため、初期速度V0は、4.5m/s以上18m/s以下の範囲となるようにすることが望ましい。
<本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法の中心構成>
本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法は、基板上に第1電極を形成し、前記第1電極上に発光層を含む機能層を形成し、前記機能層上に第2電極を形成し、前記機能層の形成において、少なくとも前記発光層は、その構成材料と溶媒を含むインクを塗布して、当該溶媒を蒸発乾燥させることにより形成する。そして、上記インクの塗布を、上記本発明の一態様に係るインクジェット装置を用いて行う。
有機ELデバイスの一つである有機EL表示パネルは、有機EL素子を基板上に行列方向に複数配列したデバイス構造にて構成される。そして、当該デバイス構造は、例えば、基板上に陽極、発光層を含む機能層、陰極を同順に積層させた積層構造にて構成される。機能層における、インクジェット装置を用いて行う層においては、例えば発光層であれば、基板上に形成した隔壁で隔てられた複数の画素開口部内に発光層を構成する有機材料を含むインクをインクジェット法により塗布した後、当該インクの溶媒成分を乾燥等により除去して行われる。
ここで、インクジェット法を用いた機能層の形成においては、インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインク液滴を画素開口部内に収容し、且つ、収容するインク量を画素毎で均一にすることが必要である。しかしながら、サテライトミストの発生により、画素開口部内の規定位置から外れた位置に微小なインク液滴が着弾するため、画素開口部内に収容されない、あるいは、画素毎での収容されるインク量にバラツキが生じる。このことは、例えば有機EL表示パネルでは表示欠陥の原因となるなど、発光特性や発光寿命の低下を招く原因となる。そのため、サテライトミストの発生を抑制して、高い着弾精度とノズル毎でのインク液滴の吐出量の均一性を可能とするインクジェット装置が強く求められる。
そこで、本発明の一態様に係る有機ELデバイスの製造方法は、機能層を構成する少なくとも発光層は、その構成材料と溶媒を含むインクを塗布して、当該溶媒を蒸発乾燥させることにより形成し、この塗布を、上記本発明の一態様に係るインクジェット装置を用いて行う。その結果、サテライトミストの発生を良好に抑制し、良好なデバイス特性を確保することが可能となる。
[実施の形態1]
本実施形態に係るインクジェット装置について図面を用いて説明する。
≪インクジェット装置の構成≫
図1は、実施の形態に係るインクジェット装置1000の主要構成を示す図である。図2は、インクジェット装置1000の機能ブロック図である。
図1,2に示すように、インクジェット装置1000は、インクジェットテーブル20、ヘッド部30、制御装置15で構成される。
なお、インクジェット装置1000は、1つのヘッド部30にインクジェットヘッド301が1つ備えられた形態として図示されているが、これに限定されない。例えば、1つのヘッド部30に複数のインクジェットヘッド301を装備する形態や、各々が1又は複数のインクジェットヘッド301を備えた複数のヘッド部30を装備する形態など、複数のインクジェットヘッド301を備える形態としてもよい。
図2に示すように、制御装置15は、CPU150、記憶手段151(HDD等の大容量記憶手段を含む)、表示手段(ディスプレイ)153、入力手段152で構成される。制御装置15は、具体的にはパーソナルコンピューター(PC)を用いることができる。記憶手段151には、制御装置15に接続されたインクジェットテーブル20およびヘッド部30を駆動するための制御プログラム等が格納されている。インクジェット装置1000の駆動時には、CPU150が、入力手段152を通じてオペレータにより入力された指示と記憶手段151に格納された各制御プログラムに基づいて所定の制御を行う。
<インクジェットテーブル>
図1に示すように、インクジェットテーブル20はいわゆるガントリー式の作業テーブルであり、基台のテーブルの上をガントリー部(移動架台)が一対のガイドシャフトに沿って移動可能に配されている。
具体的構成として、板状の基台200には、その上面の四隅に柱状のスタンド201A,201B,202A,202Bが配設されている。これらのスタンド201A,201B,202A,202Bに囲まれた内側領域には、塗布対象となる基板を載置するための固定ステージSTと、塗布直前にインクを吐出させることにより吐出特性を安定化させるために用いるインクパン(皿状容器)IPがそれぞれ配設されている。
また、スタンド201A,201B,202A,202Bには、基台200の長手(Y)方向に沿って、ガイドシャフト203A,203Bが平行軸支されている。ガイドシャフト203A,203Bにはリニアモーター部204,205が挿通されており、リニアモーター部204,205に対してガイドシャフト203A,203Bを架け渡すように、ガントリー部210が搭載されている。この構成により、インクジェット装置1000の駆動時において、一対のリニアモーター部204,205が駆動されることで、ガントリー部210がガイドシャフト203A,203Bの長手方向(Y軸方向)に沿ってスライド自在に往復運動する。
ガントリー部210には、L字型の台座からなる移動体(キャリッジ)220が配設される。移動体220にはサーボモーター部(移動体モーター)221が配設され、各モーターの軸の先端に不図示のギヤが配されている。ギヤはガントリー部210の長手方向(X方向)に沿って形成されたガイド溝211に嵌合される。ガイド溝211の内部にはそれぞれ長手方向に沿って微細なラックが形成されている。ギヤはラックと噛合しているので、サーボモーター部221が駆動すると、移動体220はいわゆるピニオンラック機構によって、X軸方向に沿って往復自在に精密に移動する。
ここで、移動体220にはヘッド部30が装備されるので、移動体220をガントリー部210に対して固定した状態でガントリー部210をガイドシャフト203A,203Bの長手方向に沿って移動させることによって、また、ガントリー部210を停止させた状態で移動体220をガントリー部210の長手方向に沿って移動させることによって、塗布対象基板に対してヘッド部30を走査させることができる。ヘッド部30の主走査方向は行(Y軸)方向であり、副走査方向は列(X軸)方向である。
なお、リニアモーター部204,205、サーボモーター部221はそれぞれ駆動を直接制御するための制御部213に接続され、制御部213は制御装置15内のCPU150に接続されている。インクジェット装置1000の駆動時には、制御プログラムを読み込んだCPU150により、制御部213を介してリニアモーター部204,205、サーボモーター部221の各駆動が制御される(図2参照)。
<インクジェットヘッド>
ヘッド部30はピエゾ方式を採用し、インクジェットヘッド301及び本体部302で構成されている。インクジェットヘッド301は本体部302を介して移動体220に固定されている。本体部302はサーボモーター部304(図2参照)を内蔵しており、サーボモーター部304を回転させることにより、インクジェットヘッド301の長手方向と固定ステージSTのX軸とのなす角度が調節される。
図3(a)は、インクジェットヘッド301の概略構成を示す一部切欠き斜視図であり、図3(b)は、インクジェットヘッド301の一部を拡大した断面図であって、図3(a)におけるB−B’矢視断面図である。図3(a),(b)に示すように、インクジェットヘッド301は、インク液滴Dが吐出される複数のノズル3031を有するノズルプレート301iと、複数のノズル3031がそれぞれ連通するインク収容部301eを区画する隔壁301dを有する収容部プレート301cと、各インク収容部301eに対応する駆動手段としての圧力印加部3010であるピエゾ素子が接合された振動板301hとが、順に積層され接合された構造となっている。
収容部プレート301cは、ノズル3031に連通するインク収容部301eを区画する隔壁301dを有すると共に、このインク収容部301eにインクを充填するための流路301f,301gを有している。流路301f,301gは、隔壁301dを含む収容部プレート301cがノズルプレート301iと振動板301hとによって挟まれ、これらによって囲まれてできた空間である。流路301gは、インクが貯留されるリザーバの役割を果たす。
インクは、インクタンク等から配管を通じて供給され、振動板301hに設けられた供給孔301h1を通じてリザーバに貯留された後に、流路301fを通じて各インク収容部301eに充填される。
図3(b)に示すように、ピエゾ素子(圧力印加部)3010は、一対の電極3011,3012によりピエゾ素子本体部3013が挟まれてなる圧電素子である。外部から一対の電極3011,3012に駆動電圧信号として駆動電圧パルスを印加することにより、接合された振動板301hを変形させる。これにより隔壁301dで仕切られたインク収容部301eの体積を増加・減少させて、インク収容部301eに充填されたインク40を減圧・加圧して、ノズル3031から液状体をインク液滴Dとして吐出できる構造となっている。そして、駆動電圧パルスの印加が終了すると、振動板301hは元に戻り、インク収容部301eの体積が復元することにより、インクがリザーバからインク収容部301eに吸引される。ピエゾ素子3010に印加する駆動電圧信号を制御することにより、それぞれのノズル3031から吐出されるインクの量や吐出タイミング等の吐出制御を行うことができる。
なお、図3(b)において破線で囲んで示す領域Fは、一つのノズル3031に対応したインク収容部301e、ピエゾ素子3010からなる領域の断面を示すものである。すなわち、インク収容部301e、それぞれのインク収容部301eを形成するための隔壁301d、振動板301h、ノズルプレート301i、並びに、ピエゾ素子3010、ノズル3031を構成要素としてインクジェットヘッド301の領域Fは構成される。本実施形態では、インクジェットヘッド301は、複数のノズル3031を有する形態とされるが、これに限定されない。例えば、一つのノズル3031に対応した領域Fにて示す部分のみからなるインクジェットヘッドとしてもよい。
インクジェットヘッド301は固定ステージSTに対向する面に複数のノズル3031を備えており、これらのノズル3031は、例えば、インクジェットヘッド301の長手方向に沿って列状に配置される。インクジェットヘッド301に供給されたインク(液状体)は、各ノズル3031からインク液滴として塗布対象基板に対して吐出される。
なお、本実施形態のインクジェット装置1000は、一種類のインクを収容したインクジェットヘッド301を念頭においたものであるが、これに何ら限定されない。例えば、ヘッド部30が備える複数のインクジェットヘッド301をそれぞれ異なるインクに対応したものとして、それぞれのインクジェットヘッド301のノズル3031から異なるインクを塗布対象基板に対して吐出するものとしてもよい。
上述したように、各ノズル3031におけるインク液滴の吐出動作は、各ノズル3031が備えるピエゾ素子3010に印加する駆動電圧信号によって制御される。吐出制御部300は、インクジェットヘッド301に接続され、各ピエゾ素子3010に印加する駆動電圧信号を制御することにより、各ノズル3031からそれぞれインク液滴の吐出を行わせる。具体的には、図2に示すように、CPU150が所定の制御プログラムを記憶手段151から読み出し、吐出制御部300に対して、規定の電圧をピエゾ素子3010に印加するように指示し、当該指示に従い吐出制御部300は、ピエゾ素子3010に印加する駆動電圧信号を制御する。
なお、本実施形態では、振動板301hと板状のピエゾ素子3010を積層した振動子をインク収容部301eの一面に構成するたわみ振動子を用いているが、これに限定されず、例えば、棒状の圧電素子を用いて圧電素子の変形方向にインク収容部の振動板を変形させる縦振動子などを用いることも可能である。
<駆動電圧信号>
(波形構成)
本実施の形態における波形構成につき図面を用いて説明する。
図4(a)は、実施形態に係るインクジェット装置における駆動電圧信号の波形構成を例示的に示すものであり、図4(b),(c)は、図4(a)に示す駆動電圧信号を与えた場合における、インク界面の振動挙動を模式的に示すものである。図5(a)は、本発明の実施形態に係るインクジェット装置における駆動電圧信号の波形構成を例示的に示すものであり、図5(b),(c)は、図5(a)に示す駆動電圧信号を与えた場合における、インク界面の振動挙動を模式的に示すものである。図4(b),(c)および図5(b),(c)は、図3(b)に示すノズル3031近傍を抜き出して示すものである。
図4(a)に示す駆動電圧信号の波形は、予備振動波形部61、本振動波形部62、制振波形部63から構成される。この波形構成は、所謂引き打ちの構成である。
予備振動波形部61は、規定の電圧基準値から電圧を一定値だけ減少させることにより、インク収容部の体積を増加させてインク収容部を膨張させる期間、電圧を保持する期間、および、電圧を規定の電圧基準値まで増加させることにより、インク収容部の体積を減少させてインク収容部を収縮して、インクを吐出しない範囲で予備振動波をインク界面に与える予備駆動動作を実行する期間から構成される。そして、予備駆動動作の開始時点において、予備振動波を共振させるために、電圧を保持する期間はヘルムホルツ共振が起こる時間T(以下、単に時間Tとも記す)に設定される。
本振動波形部62は、予備振動波形部61との時間間隔を時間Tに設定して、規定の電圧基準値から電圧を一定値だけ減少させることにより、予備振動波を共振させる共振動作を実行する期間、電圧値を保持する期間、および、電圧を一定値まで増加させて、インクを吐出させるための本振動波をインク界面に印加する本駆動動作を実行する期間から構成される。そして、電圧を保持する期間は、時間Xとされて、Xは、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値となるように設定されており、本実施形態では、X=2Tに設定されている。このように時間Xを設定することにより、本駆動動作の実行開始の時点を、共振動作によって共振した予備振動波の変位の向きがノズルの内側に向かう期間内とすることができる。
制振波形部63は、本駆動動作に伴いインク界面に残留する振動を制振させるための制振動作を行うためのものであり、本駆動動作を実行する期間の終了時点から電圧を保持する期間、電圧を電圧基準値まで減少させる期間から構成される。そして、電圧を保持する期間は、本振動波と干渉させるために、時間2Tに設定される。
図4(b)は、予備振動波形部61および本振動波形部62におけるインク界面の振動挙動の時間変化を模式的に示すものである。予備振動波形部61におけるインク界面の振動の変位は、時間tが0において、静止状態とみなせる程度にメニスカス形状を保持してゼロといえる。そして、電圧を減少させる期間において、ノズル3031の内側への向き(図中の矢印の向き)にインク界面が変位する引き波の圧力がインク界面に印加されて(i)、電圧値を保持する期間の中間時点に相当する、t=0.5Tにおいて、ノズル3031内側に向かうインク界面の変位は最大となり(ii)、予備駆動動作の実行開始の時点である、t=Tにおいて、変位がゼロとなり、ノズル3031の外側への向き(図中の矢印の向き)に変位速度が最大となる(iii)。そして、この変位速度が最大となる時点で予備駆動動作を実行することにより、予備振動波はインク界面の振動と共振して振幅を効率よく増加させることができる。
次に、予備駆動動作を実行する期間において、ノズル3031の外側に向かってインク界面が変位する押し波である予備振動波が印加された後、ノズル外側に向かうインク界面の変位が最大となり(iv)、本振動波形部62における共振動作の実行開始の時点(t=0)で、変位がゼロとなり、ノズルの内側に向かって変位速度が最大となる(v)。そして、この変位速度が最大となる時点で共振動作を実行することにより、予備振動波の振幅を効率よく増加させることができる。
次に、共振動作を実行して共振した予備振動波は引き波であるため、共振動作を実行する期間の終了時点から、つまり、電圧を保持する期間の開始時点(t=0)から、インク界面はノズル3031内側に向かって変位して、t=0.5Tにおいて、ノズル3031内側に向かうインク界面の変位は最大となる(vi)。そして、t=Tにおいて、変位がゼロとなり、ノズル3031の外側への向き(図中の矢印の向き)に変位速度が最大となり(vii)、t=1.5Tにおいて、ノズルの外側に向かうインク界面の変位は最大となる(viii)。このインク界面の振動挙動の観点から、電圧を保持する期間Xが、0<t≦0.5Tの範囲にあれば、インク界面の振動挙動は引き波の性質を示す。
さらに、図4(c)の(i)は、図4(b)の(viii)と同一の時点のインク界面の振動挙動を示すものである。本振動波形部62に係るインク界面の振動挙動における、t=1.5Tからの時間変化は、引き波の性質を示してノズル3031の内側に向かって変位し(ii)、t=2Tにおいて変位がゼロとなり、ノズル3031の内側に向かって変位速度が最大となる(iii)。本実施形態においては、このt=2Tの時点で、本駆動動作の実行を開始することにより、インク界面に対して押し波の性質を示す本振動波を印加して、ノズル3031からインク液滴Dを吐出させる。
なお、図4(c)の(iii)の時点で本駆動動作を実行しない場合、それ以降におけるインク界面の振動挙動は、振幅の大きさは減衰するが、図4(b)の(v)に示す時点以降と同様の挙動を示す。従って、本駆動動作を開始するまでの電圧を保持する期間Xが、1.5T≦X≦2.5Tの範囲、一般化するとXが−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にあれば、本駆動動作の開始時にインク界面の振動挙動は引き波の性質を示すことになる。
従って、電圧を保持する期間Xをこの範囲に設定すれば、引き波の性質を示す予備振動波と押し波の性質を示す本振動とを良好に干渉させることが可能となる。
1.5T≦X≦2.5Tの範囲に設定することが、吐出させるインク液滴の初速度をより良好に減速化させる上で望ましい。
また、変位速度の観点からは、吐出させるインク液滴の初速度をより良好に減速化させるために、Xを2mT(m:0を含まない自然数)に設定することが望ましく、さらには、Xを2Tに設定することが望ましい。
図5(a)に示す駆動電圧信号の波形は、予備振動波形部61、本振動波形部62、制振波形部63から構成される。この波形構成は、所謂押し打ちの構成である。ここで、制振波形部63の構成は、図4(a)のものと同じである。
予備振動波形部61は、規定の電圧基準値から電圧を一定だけ増加させる期間、電圧を保持する期間、および、電圧を電圧基準値まで減少させることにより、インクを吐出しない範囲で予備振動波をインク界面に与える予備駆動動作を実行する期間から構成される。そして、予備駆動動作の開始時点において、予備振動波を共振させるために、電圧を保持する期間は時間Tに設定される。
本振動波形部62は、予備振動波形部61の終了時点から規定の電圧基準値で電圧を保持する期間、および、規定の電圧基準値から電圧を一定値まで増加させて、インクを吐出させるための本振動波をインク界面に印加する本駆動動作を実行する期間から構成される。そして、この電圧を保持する期間を、図4(a)に示す波形構成と同じくXとすると、Xは、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲で0より大きい値に設定され、具体的にはX=2Tに設定されている。Xをこのように設定することによって、本駆動動作の実行開始の時点を、予備振動波の変位の向きがノズルの内側に向かう期間内とすることができる。
図5(b)は、予備振動波形部61および本振動波形部62におけるインク界面の振動挙動の時間変化を模式的に示すものである。予備振動波形部61におけるインク界面の振動の変位は、時間tが0において、静止状態とみなせる程度にメニスカス形状を保持してゼロといえる。そして、電圧を増加させる期間において、ノズル3031の外側への向き(図中の矢印の向き)にインク界面が変位する押し波の圧力がインク界面に印加されて(i)、電圧値を保持する期間の中間時点に相当する、t=0.5Tにおいて、ノズル3031外側に向かうインク界面の変位は最大となり(ii)、予備駆動動作の実行開始の時点である、t=Tにおいて、変位がゼロとなり、ノズル3031の内側への向き(図中の矢印の向き)にインク界面の変位速度が最大となる(iii)。そして、この変位速度が最大となる時点で予備駆動動作を実行することにより、予備振動波はインク界面の振動と共振して振幅を効率よく増加させることができる。
次に、予備駆動動作を実行してインク界面に印加された予備振動波は引き波であるため、予備駆動動作を実行する期間の終了時点から、つまり、電圧を保持する期間の開始時点(t=0)から、インク界面はノズル3031内側に向かって変位を開始する(iv)。これ以降の振動挙動の時間変化を示す(v)〜(vii)、および図5(c)の(i)〜(iii)は、図4(b)の(vi)〜(viii)、および図4(c)の(i)〜(iii)と同様の変化を示すものであるため説明は省略する。なお、図5に示す波形構成は、図4に示す波形構成と異なり、共振動作を実行しないものであるため、本振動波形部の電圧保持期間におけるインク界面の振動の振幅の大きさは小さい。
また、図4に示す波形構成と同様にして、Xを、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値に設定することにより、予備振動波と本振動とを良好に干渉させることが可能となる。さらに、印加圧力に対するインク界面の振動の応答時間や振動の減衰の観点から、Xを1.5T≦X≦2.5Tの範囲になるように設定することが、吐出させるインク液滴の初速度をより良好に減速させる上で望ましい。また、変位速度の観点から、Xを2mT(m:0を含まない自然数)に設定することが、吐出させるインク液滴の初速度をより良好に減速させる上で望ましく、特にX=2Tに設定することが望ましい。
本実施形態のインクジェット装置1000は、インクジェットヘッド301を1つ備えるとともに、インクジェットヘッド301が複数のノズル3031を有する形態である。また、これら複数のノズル3031からは、同一種類のインクがインク液滴として吐出される形態を念頭にしている。そのため、全てのノズル3031に対して、図4(a)又は図5(a)に示す波形構成からなる駆動電圧信号を用いる。
しかし、必ずしも全てのノズル3031に対して同一の波形構成からなる駆動電圧信号を用いる必要はない。例えば、同一種類のインクを用いた場合でも、その粘度は、インク収容部301e内の温度などの収容環境によって変化し得る。そのため、それぞれのノズル3031から吐出されるインク液滴の尾滴の長さを考慮して、サテライトミストが発生しやすいインク液滴を吐出するノズル3031に対してのみ、図4(a)又は図5(a)に示す波形構成からなる駆動電圧信号を用いて、その他のノズル3031に対しては、例えば、予備振動波形部を有しない従来の波形構成からなる駆動電圧信号を用いることも可能である。または、それぞれのノズル3031から吐出されるインク液滴の尾滴の長さを考慮して、本振動波形部62の電圧保持期間の時間Xを、それぞれのノズル3031に対して適宜調整した上で、それぞれのノズル3031に対して異なる時間Xからなる駆動電圧信号を用いることも可能である。
なお、インクジェット装置1000が複数のインクジェットヘッド301を備えるものであり、それぞれが収容するインクの種類が異なる場合には、例えば、相対的に粘度が小さいインクを収容するインクジェットヘッド301については、図4(a)又は図5(a)に示す波形構成からなる駆動電圧信号を用いて、その他のインクジェットヘッド301に対しては、例えば、予備波形部を有しない従来の波形構成からなる駆動電圧信号を用いる形態とすることも可能である。
(電圧変位量)
図6は、図4(a)に示す本実施の形態にて用いる駆動電圧信号の波形構成と同様のものである。ここで、予備駆動動作を行うための電圧変位量をA、本駆動動作を行うための電圧変位量をB、制振動作を行うための電圧変位量をCとする。なお、共振動作を行うための電圧変位量は、Bの値からCの値だけ減じたものである。
以下、それぞれ予備振動波形部61、本振動波形部62および制振波形部63における電圧変位量について述べる。
[予備振動波形部]
予備振動波形部61は、予備駆動動作を行うために印加するものである。電圧変位量Aの大きさは、インクが吐出されない範囲で、本駆動動作によって印加する本振動波と良好に干渉させることが可能な程度に、また共振動作によって共振させることが可能な範囲に適宜設定すればよい。
共振動作によって良好に共振させる観点からいえば、電圧変位量Aは、電圧変位量Bとの関係で、0%<A/B≦20%となるように設定するのが望ましい。A/Bを20%以下とするのが好ましいのは、上記したように、予備駆動動作を実行して印加される予備振動波の振幅が一定の範囲を越えると、メニスカス形状へと復元し難くなり、効率よく共振させることが阻害される要因となりうるからである。
[本振動波形部]
本振動波形部62は、本駆動動作を行うために印加するものである。電圧変位量Bは、本駆動動作によりインクを吐出できるように、用いるインクのインク物性に応じて設定する。ここで、電圧変位量Bは、概ね10V以上50V以下の範囲とされる。
[制振波形部]
制振波形部63は、本駆動動作に伴いインク界面に残留する振動の振幅の大きさを抑制するために、本振動波形部とは逆向きの電圧を印加するものである。電圧変位量Cの良好な範囲は、本振動波形部62の電圧変位量Bの大きさに関係するところ、30%≦C/Bとなるように設定することにより、本駆動動作に伴いインク界面に残留する振動の振幅の大きさを良好に抑制できる。上限は特に限定されないが、電圧変位量の大きさの増加は、一波形を印加するのに要する時間の増加に繋がることから、C/B≦60%となるように設定するのがよい。
また、図6に示す予備振動波形部61、本振動波形部62および制振波形部63からなる本実施形態の駆動電圧信号の波形構成では、A/B+C/B≦100%となる必要があるので、C/Bの上限値は、A/Bの値を基準に相対的に規定する電圧変位量Aの値によっても規定される。
<各種実験と考察>
(尾滴長さの減少効果について)
本発明者等は、上述したように、鋭意検討の結果、インク液滴を吐出させるための本振動波をインク界面に印加する前に、予め、インク界面に予備振動波を印加して振動させておき、この振動に伴う変位がノズルの内側に向かう期間内に本振動波の印加を開始することにより、インク液滴の尾滴の長さを短くすることが可能となり、ひいては、サテライトミストの発生を抑制することが可能であるという帰結に至った。以下、この帰結に至った検証実験の結果について、図7,8を代表させて説明する。
図7は、本実施形態に係る駆動電圧信号を用いた場合における、インク液滴の吐出挙動を現場観察した結果であり、図8は、従来の駆動電圧信号を用いた場合における、インク液滴の吐出挙動を現場観察した結果である。各図において、横軸は時間tを示し、縦軸は、ノズル先端位置からのインク液滴の落下距離xを示すものであり、各図における時間tおよび落下距離xのスケールは同じである。
検証実験における駆動電圧信号の波形構成は、本実施形態に係る検証実験については、図4(a)および図6で示したものを用い、従来の形態に係るものについては、予備振動波形部を用いない以外は本実施形態に係る検証実験で用いたものと同様のものを用いた。
検証実験に用いたインクジェットヘッドのインク収容部におけるノズルの直径は20μm、インク収容部のヘルムホルツ共振が起こる時間Tは3μsであり、本振動波形部の電圧保持期間Xを2Tに設定した。また、予備駆動動作における駆動電圧の変位量Aは、本駆動動作における駆動電圧の変位量Bに対して、A/B=20%となるように設定し、制振動作における駆動電圧の変位量Cは、C/B=40%となるように設定するとともに、駆動電圧の変位量Bは、略20Vに設定した。駆動電圧の周波数は、インク吐出の繰返しの影響を受けない1kHzに設定した。
検証実験に用いたインクは、溶質としてF8−F6(F8(ポリジオクチルフルオレン)とF6(ポリジヘキシルフルオレン)との共重合体)、溶媒としてCHB(シクロヘキシルベンジン)を用いて、溶質の重量平均分子量を45万とし、溶質の濃度を0.15重量%としたものである。当該インクの粘度は比較的小さい4mPa・sであり、表面張力は34mN/mである。
上記のような条件下において、本駆動動作を実行することにより、ノズルからインク液滴の吐出を行った。そして、その吐出挙動について、高速度カメラを顕微鏡に取り付けて拡大撮影することにより、現場観察を行った。検証実験は、実験サンプルインクにつき異なる10個のノズル(口径は同じ)から各30滴の液滴を吐出させて行い、結果の再現性を確認した。
図7,8に示すように、インク界面から吐出されるインク液滴の吐出挙動は、主滴が、尾滴を後方側に生じさせながら落下を開始して、尾滴を伸長させながら、ある時点で、尾滴がノズルから或いはノズル内のインク界面から離脱することにより吐出される、という時間的挙動を示す。そして、図7に示す本実施形態に係るインク液滴(以下、単に検証インク液滴という)は、図8に示す従来の形態に係るインク液滴(以下、単に比較インク液滴という)と比較して、より時間的に早く、ノズルの先端位置の近傍においてその主滴が球状となり、その表面積が大きくなっていることが分かる。また、検証インク液滴における、ノズルの先端位置からの落下距離は、図面上のどの時間でも比較インク液滴のものに比して小さい。つまり、検証インク液滴においては、その初速度とみなすことが可能な、ノズルの先端位置での初期速度が、比較インク液滴の初期速度と比べて小さいことを示している。
また、検証インク液滴における、尾滴がノズルから離脱する時間、及びその時点での尾滴の長さは、比較インク液滴のものに比して短くなっていることが分かる。そして、比較インク液滴においては、例えば、図面上で時間が最も経過したインク液滴の画像から2コマ前の画像におけるインク液滴の尾滴の後方領域で、レイリーの不安定性によるサテライトミストmの成長が認められるとともに、ノズル先端位置の近傍には、飛散したサテライトミストmを認めることができる。しかし、検証インク液滴においては、サテライトミストの発生もなく、尾滴が良好に主滴に吸収されていることが分かる。
以上、本実施形態に係る駆動電圧信号の構成を用いることにより、吐出されるインク液滴の初速度を低速にして、その表面積を増加させることが可能であり、その結果、尾滴の長さを短くして、サテライトミストの発生を抑制できることが確認された。
(尾滴の長さと電圧保持期間Xとの相関について)
発明者等は、尾滴の長さと本振動波形部の電圧保持期間Xとの相関を検証すべく、電圧保持期間Xの変化に伴う尾滴の長さの変化について検証実験を行った。ここで、検証実験の条件は、電圧保持期間Xを変化させる以外は、上記(尾滴長さの減少効果について)の検証実験と同条件に設定した。また、尾滴の長さは、インク液滴の吐出挙動を現場観察することにより測定した。
検証実験の結果を図9に示す。図9から分かるように、予備振動波ありの本実施形態に係る駆動電圧信号を用いた場合には、電圧保持期間Xが4.5μsから7.5μsの範囲に設定されていれば、尾滴の長さの減少効果が認められる。つまり、電圧保持期間Xが、1.5Tから2.5Tの範囲に設定されていれば、尾滴の長さの減少効果が認められる。また、その減少効果は、電圧保持期間Xが2Tに向かって増加するに伴い増加し、Xが2Tとなる時点において最大となっている。このことは、予備振動に伴うインク界面の振動が、ノズル内側に向かって変位する期間においても、その変位速度がより大きい時点で本駆動動作の実行を開始すれば、尾滴の長さを減少させる効果をより良好に発現できることを示しているといえる。この変位速度の観点からいえば、ノズルの内側に向かう変位速度がゼロから増加を始める時点であるXが1.5Tの場合や、その変位速度がゼロへと減少する時点であるXが2.5Tの場合において、厳密には変位速度はゼロでなくとも、変位速度の大きさが微小であるために、実験上確認できる程度には尾の長さの減少効果が認められなかったと考えられる。
他方、予備振動なしの従来の形態に係る駆動電圧信号を用いた場合には、電圧保持期間Xの変化に伴う尾滴の長さの変化は認められない。
以上、本振動波形部の電圧保持期間Xを1.5Tから2.5Tの範囲に設定することにより、尾滴の長さが良好に減少することが確認された。そして、この検証実験に基づけば、電圧保持期間Xを、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値となるように設定することにより、尾滴の長さを良好に減少させることが可能となるといえる。
(インク液滴における吐出速度への収束性について)
本発明者は、吐出されるインク液滴の速度が、どのような時間的挙動を示して平衡速度たる吐出速度に達するかを検証すべく検証実験を行った。ここで、検証実験の条件は、上記(尾滴長さの減少効果について)の検証実験と同条件に設定した。また、主滴の先端位置のノズルの先端位置からの距離につき、インク液滴の吐出挙動を現場観察することにより測定して、その測定した距離の時間変化に基づき、主滴の速度を計算した。ここで、吐出されるインク液滴の吐出挙動は、ノズルの先端位置よりノズル内側にある場合には外部観察することが困難であるため、インク液滴の主滴の先端位置が、ノズルの先端位置にある時点を位置がゼロ、時間をゼロとし、その時点の速度を初速度とみなして、測定を行った。
検証実験の結果を図10に示す。図10(a)は、吐出されたインク液滴の主滴の先端位置の時間変化を示すものである。図10(a)から分かるように、予備振動波ありの本実施形態に係る駆動電圧信号を用いて吐出させたインク液滴(以下、検証インク液滴という)の場合には、予備振動波なしの従来の形態に係る駆動電圧信号を用いて吐出させたインク液滴(以下、比較インク液滴という)の場合に比して、時間の増加に伴う、インク液滴の主滴の先端位置における落下距離の増加の割合は小さいものとなっている。そして、図7,8で示した吐出挙動の観察結果に基づけば、インク液滴の尾滴がインク界面から離脱する時間は、検証インク液滴では20μs程度であり、比較インク液滴では22μs程度である。つまり、検証インク液滴の尾滴の長さは、比較インク液滴の尾滴の長さよりも短いことを示している。
図10(b)は、図10(a)に示す結果に基づき計算したインク液滴の主滴の速度の時間変化を示すものである。ここで、縦軸は先端位置とされるが、縦軸を時間とした場合と異なるのはスケールだけである。また、インク液滴の主滴の先端位置の時間変化に基づき主滴の速度を計算しているため、ノズル先端位置での主滴の速度たる初期速度は計算できない。そのため、主滴の先端位置がノズル先端位置から最も近傍にある位置(30μm)での速度を初期速度とする。
図10(b)に示すように、検証インク液滴および比較インク液滴ともに、それぞれの初速度をもって吐出が開始された後、速度を減衰させながら5m/s程度の速度に収束していることが分かる。また、検証インク液滴の初速度は、比較インク液滴のものに比して低速であり、速度が減衰して収束するまでの時間が短縮されたものとなっている。ここで、図7,8および図10(a)の結果に基づけば、検証インク液滴においては、その先端位置が150μm程度の時点で尾滴がノズルから離脱し、比較インク液滴においては、その先端位置が200μm程度の時点で尾滴がノズルから離脱する。この離脱する時点での速度である吐出速度は、どちらも同程度の5m/s程度であるといえる。
従って、検証インク液滴においては、比較インク液滴に比して、初速度が低速であり、速度の減衰する大きさが抑えられて、吐出速度が同程度に維持されたものとなっているといえる。
より詳細には、図7,8の結果より、検証インク液滴の主滴の表面積は、比較インク液滴のものに比して大きい。そのため、検証インク液滴については、インク液滴の速度の低速化に伴う空気抵抗の減少の効果よりも、インク液滴の表面積の増加に伴う空気抵抗の増加の効果が大きく寄与するものとなり、吐出されたインク液滴の速度が平衡速度たる吐出速度に達する時間が短縮されていると推定される。そして、この推定に従えば、尾滴の伸長の速度が低速になり、かつ、尾滴が伸長している時間が短縮されるため、検証インク液滴の尾滴の長さが短くなっているといえる。
また、同一の駆動電圧信号の大きさを与えてインク液滴を吐出させた場合でも、インク液滴の速度が吐出速度に達する時間を短縮して、インク液滴の尾滴の長さが短くなれば、尾滴を介したインク界面からの引っ張り力を受ける時間が短縮される。これにより、検証インク液滴ついては、速度の減衰の大きさが抑制されていると推定される。その結果、図10(b)に示すように、検証インク液滴においては、比較インク液滴に比して、初速度を低速にしても、吐出速度が同程度に維持されたものとなっているといえる。
なお、従来においては、本実施形態に係るインク液滴の初速度と同一の初速度を実現しようとすると、インク液滴を吐出させるための駆動電圧信号の大きさを減少させる必要があり、そのために本実施形態に係るインク液滴の吐出速度に比して低速なものとなっていたといえる。
図10(b)に示すように、検証インク液滴の吐出速度は、比較インク液滴の吐出速度と同程度のものとなっている。このことは、本実施形態に係る駆動電圧信号を用いてインク液滴の初速度の低速化を、低速化の度合いが一定の範囲内で図れば、吐出速度を変化させずに、初速度を低速にできることを示している。
ここで、ノズルの先端をインク液滴が通過する時点の速度を初期速度V0として、予備駆動動作を実行しない以外は同一条件で本駆動動作を実行した場合の初期速度を初期速度V’0とすると、図10(b)に示す測定値からは、V0/V’0が75%とされる。そのため、少なくとも、V0/V’0が75%以上の範囲内であれば、吐出されるインク液滴の初期速度を低速化させても、最適な吐出速度に良好に収束させることが可能である。
なお、最適な吐出速度の範囲は、通常、3m/s以上6m/s以下の範囲とされており、図10(b)に示す吐出速度は、この範囲に収まったものとなっている。
また、V0/V’0の下限値については、過度に小さくすると、例えば、図10(b)に示す検証インク液滴においても、その吐出速度が最適な吐出速度の範囲に収まらないといったように、最適な吐出速度に良好に収束させることができなくなることが考えられる。そのため、V0/V’0の下限値は50%とするのが良好である。
また、上記の最適な吐出範囲を前提とすれば、その数値範囲に対応して、初期速度V’0は、9m/s以上18m/s以下の範囲にあるといえるため、初期速度V0は、4.5m/s以上18m/s以下の範囲となるようにすることが望ましい。
(予備駆動動作に係る電圧変位量の最適範囲について)
上記した検証実験は、予備駆動動作における駆動電圧の変位量Aは、本駆動動作における駆動電圧の変位量Bに対して、A/B=20%となるように設定して行われている。そして、図7,9,10に示すように、本実施形態に係る駆動電圧信号を用いたインク液滴については、インク液滴の初速度が良好に低速化されたものとなっている。そのため、A/Bの上限値を20%以上に設定しておけば、予備駆動動作を行い良好に振動する予備振動波をインク界面に印加して、予備共振振動波と良好に共振させることが可能となる。
[実施の形態2]
先ず、本実施形態に係る有機ELデバイスの製造方法の説明に入る前に、本実施形態に係る方法を用いて製造しようとする有機ELデバイスの構成について説明する。
≪有機ELデバイスの構成≫
図11は、本発明の実施形態に係る有機ELデバイスの製造方法が対象とする有機ELデバイスの構成を示す部分断面図である。なお、図11に示す有機ELデバイス100は、複数の有機EL素子115を配設した有機EL表示パネルとして図示されているが、単体の有機EL素子を有機ELデバイスとすることも可能であり、図11に示す有機ELデバイス100は例示にすぎない。
有機ELデバイス100は、同図上側を表示面とする、いわゆるトップエミッション型である。
図11に示すように、基板本体部101上にTFT(薄膜トランジスタ)層102、給電電極103、平坦化膜104が順次積層されている。基板本体部101、TFT層102、給電電極103および平坦化膜104から基板105が構成される。基板105上には、画素電極106、正孔注入層109が順次積層されている。正孔注入層109の上には、発光層111の形成領域となる複数の開口部117が形成された隔壁層107が設けられている。開口部117の内部では、正孔輸送層110、発光層111が順次積層されている。発光層111および隔壁層107の上には、電子輸送層112、電子注入層113、共通電極114が順次積層されている。本実施の形態においては、正孔注入層109、正孔輸送層10、発光層111、電子輸送層112および電子注入層113が機能層に相当する。また、画素電極106が第1電極に相当し、共通電極114が第2電極に相当する。
<基板>
基板本体部101は有機ELデバイス100における背面基板であり、その表面には有機ELデバイス100をアクティブマトリクス方式で駆動するためのTFT(薄膜トランジスタ)を含むTFT層102が形成されている。TFT層102には、各TFTに対して外部から電力を供給するための給電電極103が形成されている。
平坦化膜104は、TFT層102および給電電極103が配設されていることにより生じる表面段差を平坦に調整するために設けられており、絶縁性に優れる有機材料で構成されている。
基板本体部101、TFT層102、供給電極103および平坦化膜104から構成される基板105が本発明の基板に相当する。
<コンタクトホール>
コンタクトホール118は、給電電極103と画素電極106とを電気的に接続するために設けられ、平坦化膜104の表面から裏面にわたって形成されている。コンタクトホール118は、Y方向に配列されている開口部117の間に位置するように形成されており、隔壁層107により覆われた構成となっている。コンタクトホール118が隔壁層107により覆われていない場合には、コンタクトホール118の存在により、発光層111が平坦な層とはならず、発光ムラ等の原因となる。これを避けるため、上記のような構成としている。
<画素電極>
画素電極106は陽極であり、開口部117に形成される一の発光層111毎に形成されている。有機ELデバイス100はトップエミッション型であるため、画素電極106の材料としては高反射性材料が選択されている。画素電極6は本発明の第1電極に相当する。
<正孔注入層>
正孔注入層109は、画素電極106から発光層111への正孔の注入を促進させる目的で設けられている。
<隔壁層>
隔壁層107は、発光層111を形成する際、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色に対応する発光層材料と溶媒を含むインク(液状体)が互いに混入することを防止する機能を果たす。
コンタクトホール118の上方を覆うように設けられている隔壁層107は、全体的にはXZ平面またはYZ平面に沿った断面が台形の断面形状を有している。
図12は、有機ELデバイス100としての有機EL表示パネルを表示面側から見た隔壁層107の形状を模式的に示す図であり、説明の都合上、正孔輸送層110、発光層111、電子輸送層112、電子注入層113、共通電極114を取り除いた状態を示している。また、図11の部分断面図は、図12におけるA−A’断面図に相当する。
図12に示すように、有機EL表示パネル100は、Rに対応する有機EL素子115R、Gに対応する有機EL素子115G、Bに対応する有機EL素子115BがXY方向に(行列状に)複数配列されてなる。有機EL素子115R,115G,115Bがそれぞれサブピクセルであり、当該有機EL素子115R,115G,115Bの3つのサブピクセルの組み合わせが1ピクセル(1画素)に相当する。
隔壁層107に設けられた開口部117は、有機EL素子115R,115G,115Bに対応してXY方向に複数配列されている。開口部117は、発光層111が形成される領域であり、発光層111の配置および形状は、開口部117の配置および形状により規定される。開口部117はY方向に長辺を有する矩形状であり、例えば、X方向(行方向)に沿った辺が約30〜130[μm]、Y方向(列方向)に沿った辺が約150〜600[μm]の寸法で形成されている。
開口部117には、R,G,Bの各色に対応する開口部117R,117G,117Bがある。開口部117RにはR、開口部117GにはG、開口部117BにはBにそれぞれ対応する発光層111が形成される。つまり、開口部117Rが有機EL素子115Rに、開口部117Gが有機EL素子115Gに、開口部117Bが有機EL素子115Bにそれぞれ対応することになる。また、開口部117はR,G,Bの色単位に列毎に配列されており、同一列に属する開口部117は同色に対応する開口部である。
コンタクトホール118は、Y方向に配列された開口部117の間、すなわち隔壁層107の下部に位置している。なお、画素電極106は開口部117に形成される一の発光層11毎に形成されていることを上述したが、これはすなわち、画素電極106がサブピクセル毎に設けられていることを意味する。
<正孔輸送層>
図11の部分断面図に戻り説明する。正孔輸送層110は、画素電極106から注入された正孔を発光層111へ輸送する機能を有する。
<発光層>
発光層111は、キャリアの再結合による発光を行う部位であり、R,G,Bのいずれかの色に対応する発光層材料を含むように構成されている。開口部117RにはRに対応する発光層材料、開口部117GにはGに対応する発光層材料、開口部117BにはBに対応する発光層材料をそれぞれ含む発光層111が形成される。
<電子輸送層>
電子輸送層112は、共通電極114から注入された電子を発光層111へ輸送する機能を有する。
<電子注入層>
電子注入層113は、共通電極114から発光層111への電子の注入を促進させる機能を有する。
<共通電極>
共通電極114は陰極であり、本発明における第2電極に相当する。有機EL表示パネル100はトップエミッション型であるため、共通電極114の材料としては光透過性材料が選択されている。
<その他>
図11には図示しないが、共通電極114の上には、発光層111が水分や空気等に触れて劣化することを抑制する目的で封止層が設けられる。有機ELデバイス100はトップエミッション型であるため、封止層の材料としては、例えばSiN(窒化シリコン)、SiON(酸窒化シリコン)等の光透過性材料を選択する。
また、画素電極106と正孔注入層109との間に、各層間の接合性を良好にする目的でITO層(酸化インジウムスズ層)、IZO層(酸化インジウム亜鉛層)が設けられることもある。さらに、各開口部117に形成される発光層111を、すべて同色の有機発光層とすることもできる。
<各層の材料>
次に、上記で説明した各層の材料を例示する。言うまでもなく、以下に記載した材料以外の材料を用いて各層を形成することも可能である。
基板本体部101:無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、アルミナ等の絶縁性材料
平坦化膜104:ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂
画素電極106:Ag(銀)、Al(アルミニウム)、銀とパラジウムと銅との合金、銀とルビジウムと金との合金、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)
隔壁層107:アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂
正孔注入層109:MoOx(酸化モリブデン)、WOx(酸化タングステン)又はMoxWyOz(モリブデン−タングステン酸化物)等の金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物
正孔輸送層110:トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体(いずれも特開平5−163488号公報に記載)
発光層111:F8−F6(F8(ポリジオクチルフルオレン)とF6(ポリジヘキシルフルオレン)との共重合体)のほか、特開平5−163488号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物およびアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、2−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とIII族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質
電子輸送層112:バリウム、フタロシアニン、フッ化リチウム
電子注入層113:ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリノン誘導体、キノリン錯体誘導体(いずれも特開平5−163488号公報に記載)
共通電極114:ITO、IZO
≪有機ELデバイスの製造方法≫
先ず、有機ELデバイス100とされる有機EL表示パネルの全体的な製造方法を例示する。その後、製造方法中の機能層形成工程における塗布工程について詳細を説明する。
<概略>
TFT層102および給電電極103が形成された基板101を準備する(図13(a))。
その後、フォトレジスト法に基づき、TFT層102および給電電極103の上に絶縁性に優れる有機材料を用いて、厚み約4[μm]の平坦化膜104を形成する。このとき、コンタクトホール118をY方向に隣接する各開口部117の間の位置に合わせて形成する(図13(b))。所望のパターンマスクを用いたフォトレジスト法によって、平坦化膜104とコンタクトホール118を同時に形成することができる。なお、当然ながらコンタクトホール118の形成方法はこれに限定されない。例えば、一様に平坦化膜104を形成した後、所定の位置の平坦化膜104を除去して、コンタクトホール118を形成することもできる。ここまでの製造工程が基板105を形成する工程である。
続いて、基板105上に、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて、厚み150[nm]程度の金属材料からなる画素電極106を、給電電極103と電気接続させながら、サブピクセル毎に形成する。この画素電極106を基板105上に形成する工程が、本発明の第1電極を形成する工程に相当する。
続いて、反応性スパッタリング法を用いて、正孔注入層109を形成する(図13(c))。
次に、隔壁層107をフォトリソグラフィー法を用いて形成する。まず隔壁層材料として、感光性レジストを含むペースト状の隔壁層材料を用意する。この隔壁層材料を正孔注入層109上に一様に塗布する。この上に、図11に示した開口部117のパターンに形成されたマスクを重ねる。続いてマスクの上から感光させ、隔壁層パターンを形成する。その後は、余分な隔壁層材料を水系もしくは非水系エッチング液(現像液)で洗い出す。これにより、隔壁層材料のパターニングが完了する。以上で発光層形成領域となる開口部117が規定されるとともに、表面が少なくとも撥水性の隔壁層107が完成する(図13(d))。
なお、隔壁層107の形成工程においては、さらに、後の工程において開口部117に塗布する正孔輸送層用インクおよび有機発光層用インクに対する隔壁層107の接触角を調節する、もしくは、表面に撥水性を付与するために隔壁層107の表面を所定のアルカリ性溶液や水、有機溶媒等によって表面処理するか、プラズマ処理を施すこととしてもよい。
次に、正孔輸送層110を構成する有機材料と溶媒を所定比率で混合し、正孔輸送層用インクを調製する。このインクを各インクジェットヘッド301に供給し、塗布工程に基づき、各開口部117に対応するノズル3031(図3参照)から、正孔輸送層用インクよりなる液滴Dを吐出する(図13(e))。その後、インクに含まれる溶媒を蒸発乾燥させ、必要に応じて加熱焼成すると正孔輸送層110が形成される(図14(a))。
次に、発光層111を構成する有機材料と溶媒を所定比率で混合し、有機発光層用インクを調製する。このインクをインクジェットヘッド301に供給し、塗布工程に基づき、開口部117に対応するノズル3031から、有機発光層用インクよりなる液滴Dを吐出する(図14(b))。その後、インクに含まれる溶媒を蒸発乾燥させ、必要に応じて加熱焼成すると発光層111が形成される(図14(c))。
次に、発光層111の表面に、真空蒸着法を用いて電子輸送層112を構成する材料を成膜する。これにより、電子輸送層112が形成される。続いて、電子注入層113を構成する材料を蒸着法、スピンコート法、キャスト法などの方法を用いて成膜し、電子注入層113が形成される。ここまでに述べた、正孔注入層109、正孔輸送層110、発光層111、電子輸送層112および電子注入層113を形成する工程が、本発明における機能層を形成する工程に相当する。
次に、電子注入層113の表面に、共通電極114を構成する材料を真空蒸着法、スパッタ法等を用いて成膜する。これにより、共通電極114が形成される(図14(d))。共通電極114を形成する工程が、本発明における第2電極を形成する工程に相当する。
なお、図示していないが、共通電極114の表面には、SiN、SiON等の光透過性材料をスパッタ法、CVD法等を用いて成膜することで、封止層を形成する。
以上の工程を経ることにより有機ELデバイス100が完成する。
<塗布工程>
上記のように、それぞれ正孔輸送層110および発光層111は、層を構成する層材料と溶媒を含むインクを調整して塗布するとともに、当該溶媒を蒸発乾燥又は更に加熱焼成させて形成する。以下、特に発光層111を形成する際の塗布工程について詳細に説明する。
(インクジェット装置)
塗布工程における塗布は、実施の形態1にて示した本発明に係るインクジェット装置を用いて行う。インクジェット装置の構成は、図1ないし図3を用いて上述したとおりである。図1に示すインクジェット装置1000を用い、インクジェット方式による塗布工程を行うが、本実施形態では、インクジェット装置1000には図示されない複数のヘッド部30が装備されており、各ヘッド部30は異なるインクにそれぞれ対応したものとされ、各ヘッド部30は複数のインクジェットヘッド301を備える。ここでは、長尺状の各開口部117の長辺が、ヘッド部30(インクジェットヘッド301)の走査方向(行(Y)方向)に対して所定の角度で交差するように配置されている場合について説明する。
(ヘッド部と塗布対象基板の開口部との位置関係)
図15は有機EL表示パネルの製造工程における、塗布対象基板とヘッド部30の位置関係を示す図である。
図15において、ヘッド部30の紙面右側には塗布対象基板が配置されており、塗布工程を経る前段階の状態の基板、すなわち、複数の開口部117がピクセル単位に行列状に形成された隔壁層107が設けられた状態の基板を示すものである。インクジェットヘッド301には、インクを吐出するノズル3031が列(X)方向に所定のピッチで複数配置されている。この際、インクジェットヘッド301の長手方向の傾斜角度を変更することでノズル3031からの塗布ピッチを調節することができる。
なお、図15に示すように、本実施の形態においては、一つのインクジェットヘッド301には6個のノズル3031が長手方向に沿って列状に配置されており、そのうちの5個のノズル3031が一つの開口部117(117R,117Gおよび117Bの内の一つ)に対応している。図15に示すインクジェット装置におけるヘッド部30は、一つの開口部117(117R,117Gおよび117Bの内の一つ)に対応しており、図示していないが、同様の形態のヘッド部30が残りの二つの開口部117にそれぞれ対応して備えられている。つまり、発光層からの発光色(R,G,B)に対応したそれぞれのインクを収容したインクジェットヘッドが複数あり、当該複数のインクジェットヘッドから一つのヘッド部が構成される。
塗布工程においては、インクジェットヘッド301を行(Y)方向に走査させながら、各開口部117に対し、当該各開口部117に対応するノズルからそれぞれ規定のインクの液滴を吐出させる。そして、上記の工程を経ることにより、発光層111が形成される。このとき、吐出される液滴の体積の総量は、隣接する開口部117間で均一にされる必要がある。
正孔輸送層110は、発光層111と同様の塗布工程にて形成するが、発光層111と異なり一種類のインクを用いて塗布工程を行う。そのため、図15に図示するように、一つのヘッド部30に同種類のインクを収容させた複数のインクジェットヘッド301のみを走査して液滴を吐出させることにより塗布工程は行われる。
(駆動電圧信号)
発光層111を構成する層材料は、発光色(R,G,B)に対応したものとなる。そのため、それぞれの発光色に対応した各発光層111を形成するための塗布工程では、それぞれの発光色に対応したインクを収容したインクジェットヘッド301を走査して塗布を行う。
各発光色に対応するインクのインク物性は、当然に異なる。例えば、発光色Rに対応したインクの粘度が相対的に小さいために、その尾引き長さが相対的に他の発光色に対応したインクのものに比して長く、サテライトミストに係るインクの着弾精度の悪化を招くものであれば、発光色Rに対応したインクを収容するインクジェットヘッド301の圧電素子に印加する駆動電圧信号は、本発明に係る駆動電圧信号(例えば、図4(a))のものを用い、その他の発光色に対応したインクを収容するインクジェットヘッド301では、予備振動波形部を含まない従来の駆動電圧信号を用いる。勿論、全てのインクジェットヘッド301について、本発明に係る駆動電圧信号を用いるものとしてもよく、一つのインクジェットヘッド301が有する複数のノズル3031から選択したノズル3031に対してのみ、本発明に係る駆動電圧信号を用いるものとしてもよい。
正孔輸送層110を塗布形成する場合についても発光層111と同様にして、印加する駆動電圧信号は、用いるインクのインク物性に応じて、本発明に係る駆動電圧信号を用いればよい。
なお、本実施形態では、塗布工程において、正孔輸送層およびそれぞれの発光色に対応した各発光層は、それぞれのインクジェットヘッドによる塗布の開始から終了まで同一の駆動電圧信号を印加して行う。しかしながら、これに限定されず、例えば、塗布を開始して一定時間経過後に吐出インクの尾滴の長さが増大する場合には、その時点で予備駆動動作を実行するものとし、圧電素子に印加する駆動電圧信号を予備振動波形部と本振動波形部を含む波形構成(例えば、図4(a))とする、という様に塗布の開始から終了までの塗布時間の内の一定時間を本発明に係る駆動電圧信号を印加することとしてもよい。
<その他>
以上、本発明の実施形態に係るインクジェット装置および有機ELデバイスの製造方法について具体的に説明してきたが、上記実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かり易く説明するために用いた例示であって、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。
インクジェット装置は、インクジェットヘッドを一つだけ備えたものでもよいが、複数のインクジェットヘッドを備える形態でもよい。インクジェット装置における複数のインクジェットヘッドの装備形態は、例えば、図1に示すヘッド部30を複数個として、それぞれのヘッド部30に対応したガントリー部210、移動体220をそれぞれ装備するとともに制御装置15に接続したものとすればよい。また、一つのインクジェットヘッドが有するノズルは複数でもよいが、例えば、図3(b)のF領域に示すように、一つの圧電素子に対応した一つのノズルからなるインクジェットヘッドとしてもよい。
複数のインクジェットヘッドのうち、少なくとも一つのインクジェットヘッド、ないしはインクジェットヘッドが有するノズルのうち、少なくとも一つのノズルについては、本発明に係る駆動電圧信号を印加するものとし、残りのインクジェットヘッドないしはノズルについては、従来の形態に係る駆動電圧信号を印加する形態としてもよいし、本発明に係る駆動電圧信号を印加するものとしてもよい。
インク収容部に圧力を印加してインクを吐出させる手段である圧力印加部は、本実施形態に示す圧電素子を含むピエゾ方式に対応したものに限定されず、サーマル方式、ポンプ方式など、インク界面に押し波の性質を示す本振動波を印加してインクを吐出させる方式のものに対応したものであればよい。例えばサーマル方式は、インク収容部内のインクを蒸発させて生じる気泡により圧力を印加するものであるが、この場合にはヒーターを圧力印加部とすればよい。また、本実施形態では、ピエゾ方式としてたわみ振動子を用いているが、縦振動子などの方法に対応した圧力印加部とすることも可能である。また、圧力印加部を、圧電素子であるピエゾ素子のみから構成せず、ピエゾ素子を積層させた振動板を含めて圧力印加部とすることも可能である。
本実施の形態においては、有機ELデバイスのデバイス構造につきトップ・エミッション型を用いて説明した。そのため、陰極を、透明導電性材料としてのITO、IZOから構成している。しかしながら、本発明が対象とする有機ELデバイスのデバイス構造は、それに何ら限定されず、ボトム・エミッション型でもよく、陰極をアルミニウムなどの金属材料から構成してもよい。また、機能層の構成は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層からなる形態に限定されず、塗布にて形成する発光層を少なくとも含む構成であればよい。
本実施の形態においては、有機ELデバイスの製造方法にて対象とする有機ELデバイスを有機EL表示パネルとして説明した。しかしながら、本発明が対象とする有機ELデバイスは、これに限定されない。単体の有機EL素子などの有機ELデバイスであればよい。
本発明のインクジェット装置は、サテライトミストの発生を良好に抑制することを可能とするものであり、有機撮像素子・有機EL素子などの有機膜の塗布工程、好適には、有機EL表示パネル等の大サイズ基板からなるデバイスの塗布工程に利用可能である。
15 制御装置
30 ヘッド部
40 インク
61 予備振動波形部
62 本振動波形部
63 制振波形部
100 有機ELデバイス
101 基板本体部
102 TFT層
103 給電電極
105 基板
106 画素電極
109 正孔注入層
110 正孔輸送層
111 発光層
112 電子輸送層
113 電子注入層
114 共通電極
115 有機EL素子
213 制御部
300 吐出制御部
301 インクジェットヘッド
301e インク収容部
301h 振動板
1000 インクジェット装置
3010 圧力印加部
3031 ノズル

Claims (6)

  1. インクを収容するインク収容部、前記インク収容部内のインクに圧力を印加する圧力印加部、および前記インク収容部内のインクをインク液滴として吐出させるためのノズルを有してなるインクジェットヘッドと、前記圧力印加部が印加する圧力を制御する吐出制御部と、を備え、
    前記圧力印加部の圧力印加により、
    前記ノズルから前記インクが吐出しない範囲で、前記吐出方向を振幅方向とする予備振動波を前記インクに与える予備駆動動作と、
    前記予備駆動動作を行った後に、前記ノズルから前記インクが吐出する範囲で、前記吐出方向を振幅方向とする本振動波を前記インクに与える本駆動動作と、
    を実行し、
    前記本駆動動作の実行開始の時点は、前記予備振動波の変位の向きが前記ノズルの内側に向かう期間内とされる、
    ことを特徴とするインクジェット装置。
  2. 前記本駆動動作は、前記予備駆動動作を行った後にさらに、前記予備振動波を共振させるための共振振動波を与えた共振状態で行う、
    ことを特徴とする請求項1に記載のインクジェット装置。
  3. 前記圧力印加部は、圧電素子を含み、
    前記吐出制御部は、前記圧電素子に印加する電圧信号を制御することにより、前記圧力印加部が印加する圧力を制御し、
    前記電圧信号の波形は、前記予備駆動動作を実行するための予備振動波形部と、前記本駆動動作を実行するための本振動波形部とを含む構成とし、
    前記本振動波形部は、前記共振振動波を与えるために電圧が変化する第1期間と、前記本振動波を与えるために電圧が変化する第2期間とを含む構成とし、
    前記第1期間と前記第2期間との時間間隔Xは、ヘルムホルツ共振が起こる時間Tを用いて、−0.5T+2nT≦X≦0.5T+2nT(n:0を含む自然数)の範囲にて0より大きい値となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項2に記載のインクジェット装置。
  4. 前記予備駆動動作にて前記インクに前記予備振動波を与えるために前記圧電素子に印加する電圧信号における電圧の変位量Aは、前記本駆動動作にて前記インクに前記本振動波を与えるために前記圧電素子に印加する電圧信号における電圧の変位量Bに対する比率が、0%<A/B≦20%となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項3に記載のインクジェット装置。
  5. 前記本駆動動作を行うことにより前記ノズルから前記インクが吐出される速度につき、当該ノズルの先端を前記インクが通過する時点の速度を初期速度V0と定義した場合において、
    前記初期速度V0は、前記予備駆動動作を実行しない以外は同一条件で前記本駆動動作を実行した場合の初期速度V’0に比して、50%≦V0/V’0<100%となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載のインクジェット装置。
  6. 基板上に第1電極を形成し、
    前記第1電極上に発光層を含む機能層を形成し、
    前記機能層上に第2電極を形成し、
    前記機能層の形成において、少なくとも前記発光層は、その構成材料と溶媒を含むインクを塗布して、当該溶媒を蒸発乾燥させることにより形成し、
    前記塗布は、請求項1ないし5の何れか1項に記載のインクジェット装置を用いて行う、
    ことを特徴とする有機ELデバイスの製造方法。
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